JP5316324B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain focal point-detecting functions (capability to detect a maximum phase difference) equal to each other in length in two directions irrespective of a position on a screen by arranging focal point-detecting pixel arrays each having the same arrangement length on the screen densely and uniformly in the two directions. <P>SOLUTION: A plurality of focal point-detecting pixels receives luminous flux for detecting a focal point, and outputs focal point-detecting signals for detecting a focal point-adjusting state of an optical system by a pupil-splitting phase difference-detecting method. The plurality of focal point-detecting pixels constitute a plurality of focal point-detecting pixel arrays, which in turn are arranged in a plain-woven pattern substantially over the whole imaging surface. The plain-woven pattern in one embodiment is the style in which parallel and perpendicular focal point-detecting pixel arrays, both being equal to each other in length, are mutually arranged in a high-dense manner. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

瞳分割型位相差検出方式を用いた焦点検出用画素を撮像素子中央の水平方向に配置し、その周辺に撮像用画素を配置した撮像素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。   There is known an image pickup device in which focus detection pixels using a pupil division type phase difference detection method are arranged in the horizontal direction at the center of the image pickup device, and image pickup pixels are arranged around the focus detection pixel (for example, see Patent Document 1).

国際公開第2008/032820号公報International Publication No. 2008/032820

上述した従来の撮像素子では、焦点検出用画素を、たとえば水平方向及び垂直方向といった複数の焦点検出方向に対応した配列を構成するように配置しているが、そのうちの一方向のみにしか長い配列として配置することができない。したがって、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を長く配置して最大位相差検出能力を可能な限り向上させるとともに同一にしたいという要求条件と、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を画面上に均等かつ稠密に配置したいという要求条件とを同時に満足することができなかった。   In the conventional imaging device described above, the focus detection pixels are arranged so as to form an array corresponding to a plurality of focus detection directions such as a horizontal direction and a vertical direction, but are long only in one direction. Can not be arranged as. Therefore, the horizontal and vertical focus detection pixel arrays are arranged long to improve the maximum phase difference detection capability as much as possible and to make them the same, and the horizontal and vertical focus detection pixel arrays are displayed on the screen. However, it was impossible to satisfy the requirement to arrange them uniformly and densely at the same time.

請求項1に記載の発明において撮像素子は、光学系 により射出され、光学像を形成する撮像用光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、光学系を通る一対の焦点検出用光束を受光し、瞳分割型位相差検出方式により光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とによって形成される撮像面とを備え、複数の焦点検出画素は、複数の焦点検出画素列を構成し、複数の焦点検出画素列は、撮像面の略全面に渡って平織りパターンに従って配列され、複数の撮像画素は、複数の焦点検出画素が配置される画素位置を除き撮像面の略全面に渡って配置されることを特徴とする。
請求項15に記載の発明において撮像装置は、光学系と、請求項1〜14のいずれか1項に記載の撮像素子と、撮像素子から得られる画像信号に基づき画像データを生成する生成手段と、光学系の焦点調節状態を、撮像素子から得られる焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする。
請求項16に記載の発明において撮像装置は、光学系と、請求項10に記載の撮像素子と、複数の焦点検出画素が配置される画素位置における補間信号を、画素位置の近傍の複数の撮像画素の出力する画像信号に基づいて補間する補間手段と、撮像素子から得られる画像信号と、補間手段によって補間される画素位置における補間信号とに基づき画像データを生成する生成手段と、光学系の焦点調節状態を、撮像素子から得られる焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備え、画素位置の近傍の複数の撮像画素の出力する画像信号には、第1の焦点検出画素列と第2の焦点検出画素列とに挟まれて配置された複数の撮像画素の出力する画像信号が含まれることを特徴とする。
In the first aspect of the present invention, the imaging device is emitted by the optical system and receives an imaging light beam that forms an optical image and outputs an image signal, and a pair of focus detection sensors that pass through the optical system. Formed by a plurality of focus detection pixels that receive a light beam and output a focus detection signal for detecting the focus adjustment state of the optical system by a pupil division type phase difference detection method, a plurality of imaging pixels, and a plurality of focus detection pixels The plurality of focus detection pixels constitute a plurality of focus detection pixel rows, and the plurality of focus detection pixel rows are arranged according to a plain weave pattern over substantially the entire surface of the image pickup surface. The pixels are arranged over substantially the entire surface of the imaging surface except for pixel positions where a plurality of focus detection pixels are arranged.
In the invention described in claim 15, an image pickup apparatus includes an optical system, the image pickup element described in any one of claims 1 to 14, and a generation unit that generates image data based on an image signal obtained from the image pickup element. And a focus detection means for detecting the focus adjustment state of the optical system based on a focus detection signal obtained from the image sensor.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus that receives an interpolation signal at a pixel position where a plurality of focus detection pixels are arranged and an optical system, an image pickup element according to the tenth aspect, and a plurality of image pickups near the pixel position. An interpolation means for performing interpolation based on an image signal output from a pixel, an image signal obtained from an image sensor, a generation means for generating image data based on an interpolation signal at a pixel position to be interpolated by the interpolation means, an optical system A focus detection unit that detects a focus adjustment state based on a focus detection signal obtained from the image sensor, and an image signal output from a plurality of imaging pixels in the vicinity of the pixel position includes a first focus detection pixel array and An image signal output from a plurality of imaging pixels arranged between the second focus detection pixel rows is included.

本発明によれば、同一の配列長を有する焦点検出画素配列を画面上において2方向に均等かつ稠密に配置することができるので、画面上の位置によらず2方向において同等の焦点検出性能(最大位相差検出能力)を得ることができる。   According to the present invention, since the focus detection pixel arrays having the same array length can be arranged uniformly and densely in two directions on the screen, the same focus detection performance (in two directions regardless of the position on the screen) Maximum phase difference detection capability).

本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a digital still camera according to an embodiment of the present invention. 瞳分割型位相差検出方式の原理について説明する図である。It is a figure explaining the principle of a pupil division type phase difference detection method. 交換レンズの光軸上の被写体上の点からの光線が交換レンズの射出瞳を通過して撮像面に到来する様子を示す光路図である。FIG. 6 is an optical path diagram illustrating a state in which light rays from a point on the subject on the optical axis of the interchangeable lens pass through the exit pupil of the interchangeable lens and arrive at the imaging surface. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of arrangement | positioning of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image pick-up element. 平織りパターンの高密度性について説明した図である。It is a figure explaining the high density property of the plain weave pattern. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。It is an enlarged view of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the micro lens of an imaging pixel and a focus detection pixel. 撮像画素の正面図である。It is a front view of an imaging pixel. 緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。The figure which shows the spectral characteristic of a green pixel, a red pixel, and a blue pixel. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 焦点検出画素の分光特性を示す図。The figure which shows the spectral characteristic of a focus detection pixel. 撮像画素の断面図である。It is sectional drawing of an imaging pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is sectional drawing of a focus detection pixel. 焦点検出画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging light beam which a focus detection pixel receives. 撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging light beam which an imaging pixel receives. デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the imaging operation of a digital still camera. 一対のデータのずらし量kに対する相関量C(k)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the correlation amount C (k) with respect to the shift amount k of a pair of data. 撮像素子において、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が近接する領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region where the focus detection pixel arrangement | sequence of a horizontal direction and a vertical direction adjoins in an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is sectional drawing of a focus detection pixel. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。It is an enlarged view of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image sensor. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。It is an enlarged view of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image sensor. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。It is an enlarged view of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image sensor. 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of arrangement | positioning of the focus detection pixel array in the imaging surface of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element.

−−−第1の実施の形態−−−
第1の実施の形態の撮像素子を有する撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図1は、第1の実施の形態のデジタルスチルカメラ201の構成を示す横断面図である。第1の実施の形態のデジタルスチルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203から構成され、交換レンズ202がマウント部204を介してカメラボディ203に装着される。カメラボディ203にはマウント部204を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ202が装着可能である。
--- First embodiment ---
As an image pickup apparatus having the image pickup device of the first embodiment, a lens interchangeable digital still camera will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a digital still camera 201 according to the first embodiment. The digital still camera 201 according to the first embodiment includes an interchangeable lens 202 and a camera body 203, and the interchangeable lens 202 is attached to the camera body 203 via a mount unit 204. An interchangeable lens 202 having various photographing optical systems can be attached to the camera body 203 via a mount unit 204.

交換レンズ202は、レンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。レンズ駆動制御装置206は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ210の焦点調節と絞り211の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210および絞り211の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置214との通信により後述するレンズ情報の送信とカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の受信を行う。絞り211は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。   The interchangeable lens 202 includes a lens 209, a zooming lens 208, a focusing lens 210, a diaphragm 211, a lens drive control device 206, and the like. The lens drive control device 206 includes a microcomputer (not shown), a memory, a drive control circuit, and the like. The lens drive control device 206 includes drive control for adjusting the focus of the focusing lens 210 and the aperture diameter of the aperture 211, zooming lens 208, and focusing. In addition to detecting the state of the lens 210 and the aperture 211, the transmission of lens information (described later) and the reception of camera information (defocus amount, aperture value, etc.) are performed through communication with a body drive control device 214 (described later). The aperture 211 forms an aperture having a variable aperture diameter at the center of the optical axis in order to adjust the amount of light and the amount of blur.

カメラボディ203は撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置(焦点検出エリア)に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子212については詳細を後述する。   The camera body 203 includes an imaging element 212, a body drive control device 214, a liquid crystal display element drive circuit 215, a liquid crystal display element 216, an eyepiece lens 217, a memory card 219, and the like. In the imaging element 212, imaging pixels are two-dimensionally arranged, and focus detection pixels are incorporated in portions corresponding to focus detection positions (focus detection areas). Details of the image sensor 212 will be described later.

ボディ駆動制御装置214はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子212の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ202の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、デジタルスチルカメラ201の動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置214は電気接点213を介してレンズ駆動制御装置206と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信を行う。   The body drive control device 214 includes a microcomputer, a memory, a drive control circuit, and the like, and controls the drive of the image sensor 212, reads out the image signal and the focus detection signal, performs the focus detection calculation based on the focus detection signal, and the focus of the interchangeable lens 202. The adjustment is repeated, and image signal processing and recording, operation control of the digital still camera 201, and the like are performed. The body drive control device 214 communicates with the lens drive control device 206 through the electrical contact 213 to receive lens information and transmit camera information.

液晶表示素子216は電気的なビューファインダー(EVF:Electronic View Finder)として機能する。液晶表示素子駆動回路215は撮像素子212によるスルー画像を液晶表示素子216に表示し、撮影者は接眼レンズ217を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード219は、撮像素子212により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。   The liquid crystal display element 216 functions as an electric view finder (EVF). The liquid crystal display element driving circuit 215 displays a through image by the imaging element 212 on the liquid crystal display element 216, and the photographer can observe the through image through the eyepiece lens 217. The memory card 219 is an image storage that stores an image captured by the image sensor 212.

交換レンズ202を通過した光束により、撮像素子212の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子212により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置214へ送られる。   A subject image is formed on the light receiving surface of the image sensor 212 by the light beam that has passed through the interchangeable lens 202. This subject image is photoelectrically converted by the image sensor 212, and an image signal and a focus detection signal are sent to the body drive control device 214.

ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の焦点検出画素からの焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリカード219に格納するとともに、撮像素子212からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送り、スルー画像を液晶表示素子216に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206へ絞り制御情報を送って絞り211の開口制御を行う。   The body drive control device 214 calculates the defocus amount based on the focus detection signal from the focus detection pixel of the image sensor 212 and sends the defocus amount to the lens drive control device 206. The body drive control device 214 processes the image signal from the image sensor 212 to generate image data, stores the image data in the memory card 219, and transmits the through image signal from the image sensor 212 to the liquid crystal display element drive circuit 215. The through image is displayed on the liquid crystal display element 216. Further, the body drive control device 214 sends aperture control information to the lens drive control device 206 to control the aperture of the aperture 211.

レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ208とフォーカシング用レンズ210の位置と絞り211の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。   The lens drive controller 206 updates the lens information according to the focusing state, zooming state, aperture setting state, aperture opening F value, and the like. Specifically, the positions of the zooming lens 208 and the focusing lens 210 and the aperture value of the aperture 211 are detected, and lens information is calculated according to these lens positions and aperture values, or a lookup prepared in advance. Lens information corresponding to the lens position and aperture value is selected from the table.

レンズ駆動制御装置206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ210を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置206は受信した絞り値に応じて絞り211を駆動する。   The lens drive control device 206 calculates a lens drive amount based on the received defocus amount, and drives the focusing lens 210 to the in-focus position according to the lens drive amount. Further, the lens drive control device 206 drives the diaphragm 211 in accordance with the received diaphragm value.

図2は、瞳分割型位相差検出方式の原理について説明した図である。撮像面110上に焦点検出画素111が複数配列される。焦点検出画素111はマイクロレンズ112と一対の光電変換部113,114を有している。一対の光電変換部113,114はマイクロレンズ112により撮像面110から前方の距離dにある測距瞳面120に投影され、一対の測距瞳123,124が形成される。換言すると、撮像面110から前方の距離dにある測距瞳面120上を通過する光束のうち測距瞳123の光束が、焦点検出画素111の光電変換部113により受光され、測距瞳面120上を通過する光束のうち測距瞳124の光束が、焦点検出画素111の光電変換部114により受光される。焦点検出画素111の配列の光電変換部113の系列の像信号と、光電変換部114の系列の像信号との相対的なズレ量(位相差、像ズレ量)は、撮像面上に像を形成する光学系の焦点調節状態に応じて変化するので、このズレ量を焦点検出画素が生成する一対の像信号を演算処理することによって求めれば、光学系の焦点調節状態を検出することができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the pupil division type phase difference detection method. A plurality of focus detection pixels 111 are arranged on the imaging surface 110. The focus detection pixel 111 includes a microlens 112 and a pair of photoelectric conversion units 113 and 114. The pair of photoelectric conversion units 113 and 114 is projected by the microlens 112 onto the distance measuring pupil plane 120 at a distance d ahead of the imaging surface 110, thereby forming a pair of distance measuring pupils 123 and 124. In other words, the luminous flux of the ranging pupil 123 out of the luminous flux passing through the distance measuring pupil plane 120 at a distance d ahead of the imaging surface 110 is received by the photoelectric conversion unit 113 of the focus detection pixel 111, and the distance measuring pupil plane. Among the light beams that pass on 120, the light beam of the distance measuring pupil 124 is received by the photoelectric conversion unit 114 of the focus detection pixel 111. The relative shift amount (phase difference, image shift amount) between the image signal of the photoelectric conversion unit 113 in the array of the focus detection pixels 111 and the image signal of the photoelectric conversion unit 114 is an image on the imaging surface. Since it changes according to the focus adjustment state of the optical system to be formed, the focus adjustment state of the optical system can be detected by calculating this shift amount by processing a pair of image signals generated by the focus detection pixels. .

上記一対の測距瞳123,124は一対の光電変換部113,114を単純に投影した分布とはならず、マイクロレンズ111の開口径(画素サイズと略一致)に応じた光の回折効果により、ボケを生じて裾野を引いた分布となる。図3において一対の測距瞳123,124の並び方向と垂直な方向のスリットを用いて一対の測距瞳123,124を並び方向に走査すると、一対の測距瞳分布133,134が得られる。上記回折効果により一対の測距瞳分布133,134は隣接した部分で互いに重畳部135を有する。   The pair of distance measurement pupils 123 and 124 does not have a distribution obtained by simply projecting the pair of photoelectric conversion units 113 and 114, but is based on the light diffraction effect according to the aperture diameter (substantially coincides with the pixel size) of the microlens 111. This is a distribution with a blurred background. In FIG. 3, when the pair of distance measurement pupils 123 and 124 are scanned in the alignment direction using the slit in the direction perpendicular to the alignment direction of the pair of distance measurement pupils 123 and 124, a pair of distance measurement pupil distributions 133 and 134 are obtained. . Due to the diffraction effect, the pair of distance measuring pupil distributions 133 and 134 have overlapping portions 135 at adjacent portions.

上述したように瞳分割型位相差検出方式においては、一対の測距瞳を通過する光束が形成する一対の像の撮像面上での像ズレ量を検出し、該像ズレ量に所定の変換係数を乗じて光軸方向のデフォーカス量(焦点調節状態)に変換するわけであるが、デフォーカス量が大きくなるとそれに応じて像ズレ量も大きくなる。図3を用いて説明する。   As described above, in the pupil division type phase difference detection method, the image displacement amount on the imaging surface of the pair of images formed by the light flux passing through the pair of distance measurement pupils is detected and converted into the image displacement amount with a predetermined conversion. The coefficient is multiplied to convert to a defocus amount (focus adjustment state) in the optical axis direction. As the defocus amount increases, the image shift amount increases accordingly. This will be described with reference to FIG.

図3は、交換レンズの光軸91上の被写体上の点からの光線83,84が交換レンズの射出瞳90を通過して撮像面110に到来する様子を示す光路図である。図3(a)、図3(b)においては、像面が予定焦点面(撮像面110)の前側、後側に各々大きくデフォーカスしている。光線83,84は、光軸91上の被写体上の点から出て一対の測距瞳の中心を通り光軸91上の点P01,P02に集光する。点Pa1,点Pa2は光線83と撮像面110との交点、点Pb1、点Pb2は光線84と撮像面110との交点である。   FIG. 3 is an optical path diagram showing a state in which light rays 83 and 84 from a point on the subject on the optical axis 91 of the interchangeable lens pass through the exit pupil 90 of the interchangeable lens and arrive at the imaging surface 110. In FIGS. 3A and 3B, the image plane is largely defocused to the front side and the rear side of the planned focal plane (imaging plane 110). Light rays 83 and 84 exit from a point on the subject on the optical axis 91, pass through the center of the pair of distance measuring pupils, and are collected at points P01 and P02 on the optical axis 91. Points Pa 1 and Pa 2 are intersections of the light beam 83 and the imaging surface 110, and points Pb 1 and Pb 2 are intersections of the light beam 84 and the imaging surface 110.

図3(a)において光軸91上の点P01と撮像面110との距離がデフォーカス量def1であり、撮像面110上の点Pa1と点Pb1との距離が像ズレ量shft1となる。一方図3(c)において光軸上の点P02と撮像面110との距離がデフォーカス量def2であり、撮像面110上の点Pa2と点Pb2との距離が像ズレ量shft2となる。図3(a)、図3(b)からわかるように、デフォーカス量が大きくなり実際の像面が撮像面110から離れるにつれ、像ズレ量も増大する。従って大きなデフォーカス量を検出するためには、大きな像ズレ量を検出する必要があり、大きな像ズレ量を検出するためには焦点検出画素配列の長さを出来る限り長くしておく必要がある。   In FIG. 3A, the distance between the point P01 on the optical axis 91 and the imaging surface 110 is the defocus amount def1, and the distance between the point Pa1 and the point Pb1 on the imaging surface 110 is the image shift amount shft1. On the other hand, in FIG. 3C, the distance between the point P02 on the optical axis and the imaging surface 110 is the defocus amount def2, and the distance between the point Pa2 and the point Pb2 on the imaging surface 110 is the image shift amount shft2. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, as the defocus amount increases and the actual image plane moves away from the imaging surface 110, the image shift amount increases. Therefore, in order to detect a large defocus amount, it is necessary to detect a large image shift amount, and in order to detect a large image shift amount, it is necessary to make the length of the focus detection pixel array as long as possible. .

しかしながら複数の方向(水平方向、垂直方向)に焦点検出画素配列を配置する場合には、配列が交差する位置においてはどちらかの配列を切断しなければならず、焦点検出画素配列の長さを無制限に長くすることはできないという制約がある。画面上の任意の位置で複数の方向(水平方向、垂直方向)において焦点検出を行うために、複数方向の焦点検出画素配列を撮像面上においてなるべく高密度に多数配置したいという要請もあり、この要請に基づいても焦点検出画素配列の長さは制約を受ける。複数方向の焦点検出能力(大デフォーカス検出能力)も大きな相違があると、撮影者がデジタルスチルカメラ201を構える向きによって焦点検出性能が相違することとなり、使い勝手が悪いので、なるべく複数方向の焦点検出画素配列の長さを揃えたいという要請もあり、この要請に基づいても焦点検出画素配列の長さは制約を受ける。   However, when the focus detection pixel arrays are arranged in a plurality of directions (horizontal direction and vertical direction), one of the arrays must be cut at the position where the arrays intersect, and the length of the focus detection pixel array is reduced. There is a restriction that it cannot be extended indefinitely. In order to perform focus detection in a plurality of directions (horizontal direction and vertical direction) at an arbitrary position on the screen, there is a demand for arranging a large number of focus detection pixel arrays in a plurality of directions as densely as possible on the imaging surface. Even based on the request, the length of the focus detection pixel array is restricted. If there is a large difference in multi-directional focus detection capability (large defocus detection capability), the focus detection performance differs depending on the direction in which the photographer holds the digital still camera 201, and the usability is poor. There is also a request to make the length of the detection pixel array uniform, and the length of the focus detection pixel array is also restricted based on this request.

以上のような条件を満足する焦点検出画素配列の配置態様が、本実施の形態における平織りパターンである。本実施の形態における平織りパターンによると、水平方向と垂直方向の焦点検出画素配列の長さは略同一に出来るとともに、水平方向と垂直方向の焦点検出画素配列を高密度に多数配置することができる。   The arrangement mode of the focus detection pixel array that satisfies the above conditions is the plain weave pattern in the present embodiment. According to the plain weave pattern in the present embodiment, the lengths of the focus detection pixel arrays in the horizontal direction and the vertical direction can be made substantially the same, and a large number of focus detection pixel arrays in the horizontal direction and the vertical direction can be arranged at high density. .

図4は、撮像素子212の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。図4に示す焦点検出画素配列の配置は、交換レンズ202の撮影画面上における焦点検出位置(焦点検出エリア)に対応している。図4において、焦点検出画素配列は、水平方向の棒状領域351および垂直方向の棒状領域352として、無数に示されている。すなわち、矩形の撮像面110の略全面において長さLの焦点検出画素配列が水平方向および垂直方向に平織りパターンに配置されている。焦点検出画素配列の長さおよび幅とは、焦点検出画素配列の長辺の長さおよび短辺の長さをいう。短辺の長さは、焦点検出画素の一辺の長さに略等しい。水平方向および垂直方向とは、撮像面110の外形の矩形のうちの1辺の方向およびこれと垂直な他の1辺の方向をいう。本実施の形態における平織りパターンとは、水平方向に延在した焦点検出画素配列と、その上または下のいずれかの垂直方向に延在した焦点検出画素配列とから構成される繰り返し単位を互いに接すること無く高密度に繰り返し配置する態様をいう。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the arrangement of focus detection pixel arrays on the imaging surface of the image sensor 212. The arrangement of the focus detection pixel array shown in FIG. 4 corresponds to the focus detection position (focus detection area) on the photographing screen of the interchangeable lens 202. In FIG. 4, the focus detection pixel array is shown innumerably as a horizontal bar-shaped region 351 and a vertical bar-shaped region 352. That is, the focus detection pixel array having a length L is arranged in a plain weave pattern in the horizontal direction and the vertical direction on substantially the entire surface of the rectangular imaging surface 110. The length and width of the focus detection pixel array refer to the length of the long side and the length of the short side of the focus detection pixel array. The length of the short side is substantially equal to the length of one side of the focus detection pixel. The horizontal direction and the vertical direction refer to the direction of one side of the rectangle of the outer shape of the imaging surface 110 and the direction of the other side perpendicular thereto. The plain weave pattern in the present embodiment is in contact with a repeating unit composed of a focus detection pixel array extending in the horizontal direction and a focus detection pixel array extending in the vertical direction either above or below it. It refers to an aspect in which the arrangement is repeated repeatedly at a high density.

図5は、平織りパターンの高密度性について説明した図である。図5では、説明の便宜上、長さがLである9列の焦点検出画素配列が、幅を無視した線分として表され、水平方向および垂直方向に互いに完全には交差せず、かつ接するように配置されている。図5において、丸印は各焦点検出画素配列の中点を表す。ここで、焦点検出画素配列が「接する」とは、1つの焦点検出画素配列に他の焦点検出画素配列の焦点検出画素が撮像画素を挟むこと無く隣に配置されることをいう。また、焦点検出画素配列が「交差する」とは、1つの焦点検出画素配列の中の1つの焦点検出画素の両側に他の焦点検出画素配列の焦点検出画素が撮像画素を挟むこと無く隣に配置されることをいう。   FIG. 5 is a diagram illustrating the high density of the plain weave pattern. In FIG. 5, for convenience of explanation, nine rows of focus detection pixel arrays having a length of L are represented as line segments ignoring the width, and do not completely intersect and contact each other in the horizontal direction and the vertical direction. Is arranged. In FIG. 5, a circle represents the middle point of each focus detection pixel array. Here, the focus detection pixel array “contacts” means that the focus detection pixels of another focus detection pixel array are arranged adjacent to each other without sandwiching the imaging pixel. The focus detection pixel array “intersects” means that the focus detection pixels of another focus detection pixel array are adjacent to each other without sandwiching the imaging pixel on both sides of one focus detection pixel in one focus detection pixel array. To be placed.

図5(a)においては、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列は互いに端点で接している。図5(b)は、接点を水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列のうちの一方の端点からrL移動した位置とした状態を示した図である。図5(c)は、接点を水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列のうちの一方の端点からL/2移動した位置とした状態を示した図である。なお、丸印を付した9つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の面積が小さいほど、各々のパターンにおける焦点検出画素配列の密度は大きくなる。   In FIG. 5A, the horizontal and vertical focus detection pixel arrays are in contact with each other at end points. FIG. 5B is a diagram illustrating a state where the contact point is moved by rL from one end point of the focus detection pixel array in the horizontal direction and the vertical direction. FIG. 5C is a diagram showing a state where the contact point is moved L / 2 from one end point of the focus detection pixel array in the horizontal direction and the vertical direction. In addition, the density of the focus detection pixel array in each pattern increases as the area of the plurality of filled regions formed by being surrounded by the nine focus detection pixel arrays with circles is smaller.

上述した塗りつぶし領域の面積Sは、図5(a)においては、S=2L、図5(c)においては、S=4・(L/2)=Lで表される。また、図5(b)においては、0≦r≦1に対して式(1)で表され、r=0,1の場合にSは最大値2Lとなり、図5(a)に示した例と一致し、r=1/2の場合にSは最小値Lとなり、図5(c)に示した例と一致する。すなわち、図5(c)が、平織りパターンにおいて、長さLを一定としたときに、長さの等しい水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とが互いに最も高密度に配置された場合を示していることとなる。なお、本実施の形態においては、r=0,1の場合、すなわち図5(a)に示した態様は平織りパターンに含まないこととし、図5(b)および(c)に例示されるような、0<r<1の場合の態様が平織りパターンに含まれることとする。
S=2・[(rL)+{(1−r)・L}]=4L{r−(1/2)}+L (1)
The area S of the above-described filled region is represented by S = 2L 2 in FIG. 5A and S = 4 · (L / 2) 2 = L 2 in FIG. 5C. Further, in FIG. 5B, it is expressed by the equation (1) with respect to 0 ≦ r ≦ 1, and when r = 0, 1, S has the maximum value 2L 2 and is shown in FIG. 5A. examples and match, in the case of r = 1/2 S is consistent with the example shown the minimum value L 2, and the FIG. 5 (c). That is, FIG. 5C shows a plain weave pattern in which the horizontal focus detection pixel array and the vertical focus detection pixel array having the same length are arranged at the highest density when the length L is constant. This shows the case of being done. In this embodiment, when r = 0, 1, that is, the mode shown in FIG. 5A is not included in the plain weave pattern, and is exemplified in FIGS. 5B and 5C. In addition, the mode in the case of 0 <r <1 is included in the plain weave pattern.
S = 2 · [(rL) 2 + {(1−r) · L} 2 ] = 4L {r− (1/2)} 2 + L 2 (1)

図4が示す焦点検出画素配列の配置の一例は、焦点検出画素配列の長さを定数Lとした場合の平織りパターンのうち、図5(c)に示す均等かつ最も高密度な一態様に従ったものである。撮像面の大きさを水平36mm垂直24mmとした場合には焦点検出画素配列の長さを2mm〜8mm程度とするのが好ましい。   An example of the arrangement of the focus detection pixel array shown in FIG. 4 follows the uniform and most dense aspect shown in FIG. 5C among plain weave patterns when the length of the focus detection pixel array is a constant L. It is a thing. When the size of the imaging surface is 36 mm horizontal and 24 mm vertical, the length of the focus detection pixel array is preferably about 2 mm to 8 mm.

図6は、図4における部分Aを表した拡大図である。図6において、各焦点検出画素配列は、後述の画素補間処理のため、完全には接しないよう、撮像画素を挟んでやや離間している。図6において、図5(c)にて着目した丸印を付した9つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の各々を、S〜Sで表した場合、それらの面積の和は、上述した式(1)にr=1/2を代入して導かれるように、S=Lとなる。また、水平方向の棒状領域351のうち、図6の一番左上に位置するものを焦点検出画素配列a1とし、焦点検出画素配列a1の側部から上下に延在する垂直方向の棒状領域352のうち、下方に延在するものを焦点検出画素配列b1とする。焦点検出画素配列a1及びb1により構成されるT字型の配列を第1配列とする。焦点検出画素配列b1の右側に近接した水平方向の棒状領域351を焦点検出画素配列a2とし、焦点検出画素配列a2の側部から上下に延在する垂直方向の棒状領域352のうち、上方に延在するものを焦点検出画素配列b2とする。焦点検出画素配列a2及びb2により構成されるT字型を倒立した形状の配列を第2配列とする。第1配列と第2配列とは、領域Sの中心を対称点とする互いに点対称な位置関係にある。このような位置関係を保って第1配列と第2配列とが繰り返して撮像素子212に配置されることにより、本実施の形態における平織りパターンが形成される。 6 is an enlarged view showing a portion A in FIG. In FIG. 6, the focus detection pixel arrays are slightly separated from each other so as not to be completely in contact with each other because of pixel interpolation processing described later. In FIG. 6, when each of a plurality of filled regions formed by the nine focus detection pixel arrays marked with the circles noted in FIG. 5C is represented by S 1 to S 4 , The sum of the areas is S = L 2 so as to be derived by substituting r = 1/2 into the above-described equation (1). Further, among the horizontal bar-shaped regions 351, the one located at the upper left of FIG. 6 is defined as a focus detection pixel array a1, and a vertical bar-shaped region 352 extending vertically from the side of the focus detection pixel array a1. Among them, the one extending downward is defined as a focus detection pixel array b1. A T-shaped array composed of the focus detection pixel arrays a1 and b1 is defined as a first array. A horizontal bar-shaped area 351 adjacent to the right side of the focus detection pixel array b1 is defined as a focus detection pixel array a2, and the vertical bar-shaped area 352 extending vertically from the side of the focus detection pixel array a2 extends upward. The existing one is defined as a focus detection pixel array b2. An array having an inverted T-shape constituted by the focus detection pixel arrays a2 and b2 is defined as a second array. The first and second sequences, is the center of the area S 1 in mutually point symmetrical positional relationship to the point of symmetry. The plain weave pattern in the present embodiment is formed by repeatedly arranging the first array and the second array on the image sensor 212 while maintaining such a positional relationship.

図7は、撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、図4における部分Bの近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素310は赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素313a、314aおよび水平方向焦点検出用の焦点検出画素313b、314bが交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向および水平方向の直線上に連続して配列される。垂直方向の焦点検出画素配列と水平方向の焦点検出画素配列が交差する近傍では一方の焦点検出画素配列(この図では水平方向の焦点検出画素配列)が切断され、間に撮像画素が配置されている。このように切断部において焦点検出画素配列の間に撮像画素を配置することにより、後述の画素補間処理の交差部における性能が向上する。   FIG. 7 is a front view showing a detailed configuration of the image sensor 212, and shows the details of the pixel arrangement by enlarging the vicinity of the portion B in FIG. Imaging pixels 310 are densely arranged on the imaging element 212 in a two-dimensional square lattice pattern. The imaging pixel 310 includes a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B), and is arranged according to a Bayer arrangement rule. For focus detection, vertical focus detection focus detection pixels 313a and 314a and horizontal focus detection focus detection pixels 313b and 314b having the same pixel size as the image pickup pixel are alternately arranged, and originally green pixels and blue pixels are used. They are continuously arranged on vertical and horizontal straight lines to be continuously arranged. In the vicinity where the vertical focus detection pixel array intersects with the horizontal focus detection pixel array, one focus detection pixel array (in this figure, the horizontal focus detection pixel array) is cut and an imaging pixel is disposed between them. Yes. In this way, by arranging the imaging pixels between the focus detection pixel arrays in the cutting unit, the performance at the intersection of pixel interpolation processing described later is improved.

焦点検出画素313a、313b、314a、314bは、撮像画素310のBとGが配置されるべき列に配置されている。焦点検出画素313a、313b、314a、314bが、撮像画素310のBとGが配置されるべき列に配置されているのは、焦点検出画素の位置における撮像用の画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。なお焦点検出画素313b、314bはそれぞれ焦点検出画素313a、314aを90度回転した構成になっている。   The focus detection pixels 313a, 313b, 314a, and 314b are arranged in a column in which B and G of the imaging pixel 310 are to be arranged. The focus detection pixels 313a, 313b, 314a, and 314b are arranged in a column in which the B and G of the imaging pixel 310 are to be arranged. An interpolation process for obtaining an image signal for imaging at the position of the focus detection pixel This is because the interpolation error of the blue pixel is less noticeable than the interpolation error of the red pixel due to human visual characteristics when an interpolation error occurs in FIG. The focus detection pixels 313b and 314b are configured by rotating the focus detection pixels 313a and 314a by 90 degrees, respectively.

撮像画素310は、マイクロレンズ10によって最も明るい交換レンズの射出瞳径(例えばF1.0)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素313a、313b、314a、314bは、マイクロレンズ10によって交換レンズの射出瞳の一対の所定の領域を通過する光束をそれぞれ受光するような形状に設計される。   The imaging pixel 310 is designed in such a shape that the microlens 10 receives all the light flux that passes through the exit pupil diameter (for example, F1.0) of the brightest interchangeable lens. In addition, the focus detection pixels 313a, 313b, 314a, and 314b are designed in such a shape that the microlens 10 receives light beams that pass through a pair of predetermined regions of the exit pupil of the interchangeable lens.

図8は、撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図であって、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ9から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしており、マイクロレンズ10の光軸を通る対角線の方向の断面とマイクロレンズ10の光軸を通る水平線の方向の断面とはそれぞれ図8に示す形状になっている。   FIG. 8 is a diagram showing the shape of the microlens of the image pickup pixel and the focus detection pixel, and has a shape cut out in a square shape corresponding to the pixel size from a circular microlens 9 that is originally larger than the pixel size, A cross section in the direction of a diagonal line passing through the optical axis of the microlens 10 and a cross section in the direction of a horizontal line passing through the optical axis of the microlens 10 have shapes shown in FIG.

撮像画素310は、図9に示すように矩形のマイクロレンズ10、後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部11、および色フィルター(不図示)を有している。色フィルターは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、それぞれの分光感度は図10に示す特性になっている。撮像素子212には、各色フィルターを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。   As shown in FIG. 9, the imaging pixel 310 includes a rectangular microlens 10, a photoelectric conversion unit 11 whose light receiving area is limited by a light shielding mask described later, and a color filter (not shown). There are three types of color filters, red (R), green (G), and blue (B), and the respective spectral sensitivities have the characteristics shown in FIG. In the image pickup device 212, image pickup pixels 310 having respective color filters are arranged in a Bayer array.

焦点検出画素313は、図11(a)に示すように矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部13、および不図示のNDフィルター(ニュートラルデンシティフィルター)を有し、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部13の形状は矩形である。また、焦点検出画素314は、図11(b)に示すように矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部14、およびNDフィルターを有し、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部14の形状は矩形である。焦点検出画素313と焦点検出画素314とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部13と14が垂直方向に並んでいる。なお、対を成す焦点検出画素(313,314)は、一対の焦点検出画素(313a,314a)および(313b,314b)を総称している。   As shown in FIG. 11A, the focus detection pixel 313 has a rectangular microlens 10, a photoelectric conversion unit 13 whose light receiving area is limited by a light shielding mask described later, and an ND filter (neutral density filter) (not shown). However, the shape of the photoelectric conversion unit 13 whose light receiving area is limited by the light shielding mask is rectangular. Further, as shown in FIG. 11B, the focus detection pixel 314 includes a rectangular microlens 10, a photoelectric conversion unit 14 whose light receiving area is limited by a light shielding mask described later, and an ND filter, and receives light by the light shielding mask. The shape of the photoelectric conversion unit 14 whose region is limited is a rectangle. When the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 are displayed with the microlens 10 superimposed, the photoelectric conversion units 13 and 14 whose light receiving areas are limited by the light shielding mask are arranged in the vertical direction. The pair of focus detection pixels (313, 314) collectively refers to the pair of focus detection pixels (313a, 314a) and (313b, 314b).

焦点検出画素313、314には全ての色に対して焦点検出を行うために色フィルターが設けられておらずその代わりに入射光量を減ずる上述のNDフィルターが設けられており、その分光特性は図12に示す特性となる。つまり、図10に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その焦点検出画素313a、314aが高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。   The focus detection pixels 313 and 314 are not provided with a color filter in order to perform focus detection for all colors, but instead are provided with the above-described ND filter that reduces the amount of incident light. The characteristics shown in FIG. That is, the spectral characteristics are obtained by adding the spectral characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel shown in FIG. 10, and the light wavelength regions in which the focus detection pixels 313 a and 314 a exhibit high spectral sensitivity are green pixels, red pixels, and It covers the light wavelength region where the blue pixel shows high spectral sensitivity.

NDフィルターの濃度は、白色光に撮像素子を露光した場合に、例えば焦点検出画素の出力レベルが緑画素の出力レベルに対し3/4以下となるように定められる。これは画面上の像高が高い領域(光軸91から離間した位置にある焦点検出エリア)において焦点検出光束のケラレが発生し、一対の焦点検出画素(313,314)の出力バランスが崩れ、一方の焦点検出画素の出力レベルが上昇した場合においても撮像画素310のうちの緑画素の出力レベルを上回らないようにする。   The density of the ND filter is determined so that, for example, the output level of the focus detection pixel is 3/4 or less of the output level of the green pixel when the image sensor is exposed to white light. This is because vignetting of the focus detection light flux occurs in a region where the image height on the screen is high (a focus detection area at a position away from the optical axis 91), and the output balance of the pair of focus detection pixels (313, 314) is lost. Even when the output level of one focus detection pixel increases, the output level of the green pixel in the imaging pixel 310 is not exceeded.

図13は撮像画素310の断面図である。撮像画素310では撮像用の光電変換部11の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部11は、遮光マスク30の開口部30aを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に色フィルター38が形成される。色フィルター38の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30aの形状が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the imaging pixel 310. In the imaging pixel 310, a light shielding mask 30 is formed in proximity to the imaging photoelectric conversion unit 11, and the photoelectric conversion unit 11 receives light that has passed through the opening 30 a of the light shielding mask 30. A planarizing layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and a color filter 38 is formed thereon. A planarizing layer 32 is formed on the color filter 38, and the microlens 10 is formed thereon. The shape of the opening 30 a is projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion unit 11 is formed on the semiconductor circuit substrate 29.

図14は焦点検出画素313、314の断面図である。焦点検出画素313、314では焦点検出用の光電変換部13,14の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部13,14は、遮光マスク30の開口部30b、30cを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上にNDフィルター34が形成される。NDフィルター34の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30b、30cの形状が前方に投影される。光電変換部13,14は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 14 is a cross-sectional view of the focus detection pixels 313 and 314. In the focus detection pixels 313 and 314, a light shielding mask 30 is formed in proximity to the focus detection photoelectric conversion units 13 and 14, and the photoelectric conversion units 13 and 14 have passed through the openings 30 b and 30 c of the light shielding mask 30. Receives light. A planarizing layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and an ND filter 34 is formed thereon. A planarizing layer 32 is formed on the ND filter 34, and the microlens 10 is formed thereon. The shapes of the openings 30b and 30c are projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion units 13 and 14 are formed on the semiconductor circuit substrate 29.

図15は、マイクロレンズ10を用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素313,314の部分は拡大して示す。図15において、射出瞳90は、交換レンズ202(図1参照)の予定結像面に配置されたマイクロレンズ10から前方へ距離dの位置に設定される。この距離dは、マイクロレンズ10の曲率、屈折率、マイクロレンズ10と光電変換部13,14との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。図15には他に、交換レンズの光軸91、マイクロレンズ10、光電変換部13、14、焦点検出画素313、314、撮影光束71、焦点検出光束73、74が示されている。   FIG. 15 shows a configuration of a focus detection optical system of the pupil division type phase difference detection method using the microlens 10. The portions of the focus detection pixels 313 and 314 are shown enlarged. In FIG. 15, the exit pupil 90 is set at a position of a distance d forward from the microlens 10 disposed on the planned imaging plane of the interchangeable lens 202 (see FIG. 1). This distance d is a distance determined in accordance with the curvature and refractive index of the microlens 10, the distance between the microlens 10 and the photoelectric conversion units 13 and 14, and is referred to as a distance measuring pupil distance in this specification. FIG. 15 also shows the optical axis 91 of the interchangeable lens, the microlens 10, the photoelectric conversion units 13 and 14, focus detection pixels 313 and 314, the photographing light beam 71, and the focus detection light beams 73 and 74.

測距瞳93は、開口部30bの形状がマイクロレンズ10により投影されて形成される。同様に、測距瞳94は、開口部30cの形状がマイクロレンズ10により投影されて形成される。図15では、説明を解りやすくするために測距瞳93,94の領域で示しているが、実際には開口部30b,30cの形状が拡大投影されるとともに回折によりぼやけた形状になる。   The distance measuring pupil 93 is formed by projecting the shape of the opening 30 b by the microlens 10. Similarly, the distance measuring pupil 94 is formed by projecting the shape of the opening 30 c by the microlens 10. In FIG. 15, for the sake of easy understanding, the areas of the distance measuring pupils 93 and 94 are shown. However, in reality, the shapes of the openings 30b and 30c are enlarged and projected and become blurred due to diffraction.

図15では、撮影光軸に隣接する5つの焦点検出画素を模式的に例示しているが、画面周辺部の焦点検出画素配列においても、各光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳93、94から各マイクロレンズ10に到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳(93,94)の並び方向、すなわち一対の光電変換部(13,14)の並び方向と一致させる。   FIG. 15 schematically illustrates five focus detection pixels adjacent to the photographing optical axis. However, in the focus detection pixel array in the peripheral portion of the screen, each photoelectric conversion unit has a corresponding distance measurement pupil 93, 94. Are configured to receive the light fluxes arriving at the respective microlenses 10. The arrangement direction of the focus detection pixels is made to coincide with the arrangement direction of the pair of distance measuring pupils (93, 94), that is, the arrangement direction of the pair of photoelectric conversion units (13, 14).

マイクロレンズ10は交換レンズ202(図1参照)の予定結像面近傍に配置されており、上述したように、マイクロレンズ10により光電変換部13、14に近接する開口部30b、30cの形状がマイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93,94を形成する。   The microlens 10 is disposed in the vicinity of the planned imaging plane of the interchangeable lens 202 (see FIG. 1). As described above, the shapes of the openings 30b and 30c that are close to the photoelectric conversion units 13 and 14 by the microlens 10 are formed. Projection is performed on the exit pupil 90 separated from the microlens 10 by the distance measurement pupil distance d, and the projection shape forms distance measurement pupils 93 and 94.

光電変換部13は測距瞳93を通過し、焦点検出画素313のマイクロレンズ10に向う光束73によりマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部14は測距瞳94を通過し、焦点検出画素314のマイクロレンズ10に向う光束74によりマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   The photoelectric conversion unit 13 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10 by the light beam 73 passing through the distance measuring pupil 93 and directed to the microlens 10 of the focus detection pixel 313. Further, the photoelectric conversion unit 14 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10 by the light flux 74 that passes through the distance measuring pupil 94 and travels toward the microlens 10 of the focus detection pixel 314.

上述した2種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳93と測距瞳94をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面(マイクロレンズアレイの位置)に対する現在の結像面(撮像画面上で定められる焦点検出位置における実際の結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。   A large number of the two types of focus detection pixels described above are arranged in a straight line, and the output of the photoelectric conversion unit of each pixel is grouped into a distance measurement pupil 93 and an output group corresponding to the distance measurement pupil 94, thereby measuring the distance measurement pupil 93 and the measurement pupil 93. Information on the intensity distribution of the pair of images formed on the pixel array by the focus detection light beams that respectively pass through the distance pupil 94 is obtained. By applying an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process), which will be described later, to this information, an image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method. Furthermore, by performing a conversion calculation according to the proportional relationship between the distance between the center of gravity of the pair of distance measurement pupils and the distance measurement pupil distance to the image shift amount, the current image formation surface (the position of the microlens array) ( The deviation (defocus amount) of the actual imaging plane at the focus detection position determined on the imaging screen is calculated.

図16は、図7に示す撮像素子212の撮像画素310が受光する撮影光束の様子を図15と比較して説明するための図であって、図15と重複する部分の説明は省略する。撮像画素310はマイクロレンズ10とその背後に配置された光電変換部11等から構成され、光電変換部11に近接して配置された開口部30aの形状がマイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93、94に略外接する領域95を形成する。光電変換部11は、領域95を通過してマイクロレンズ10へ向う撮影光束71によってマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   FIG. 16 is a diagram for explaining the state of the imaging light beam received by the imaging pixel 310 of the imaging device 212 shown in FIG. 7 in comparison with FIG. 15, and description of portions overlapping with FIG. 15 is omitted. The imaging pixel 310 includes the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 11 disposed behind the microlens 10. The shape of the opening 30 a disposed in the vicinity of the photoelectric conversion unit 11 is the distance pupil distance d from the microlens 10. The projected image 90 is projected onto the spaced exit pupil 90, and the projected shape forms a region 95 that is substantially circumscribed by the distance measuring pupils 93 and 94. The photoelectric conversion unit 11 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10 by the imaging light flux 71 that passes through the region 95 and travels toward the microlens 10.

図17は、デジタルスチルカメラ201の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、ステップS100でデジタルスチルカメラ201の電源がオンされると、ステップS110以降の撮像動作を開始する。ステップS110において撮像画素310のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップS120では焦点検出画素列から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。なお撮影者は焦点検出エリア選択部材(不図示)を用いて撮像面上における所望の焦点検出画素配列を予め選択しているものとする。   FIG. 17 is a flowchart showing the imaging operation of the digital still camera 201. When the power of the digital still camera 201 is turned on in step S100, the body drive control device 214 starts an imaging operation after step S110. In step S110, the data of the imaging pixel 310 is read out and displayed on the electronic viewfinder. In subsequent step S120, a pair of image data corresponding to the pair of images is read from the focus detection pixel array. It is assumed that the photographer has previously selected a desired focus detection pixel array on the imaging surface using a focus detection area selection member (not shown).

ステップS130では、読み出された一対の像データに基づいて後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。ステップS140で合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップS150へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を合焦位置に駆動させる。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   In step S130, an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process) described later is performed based on the read pair of image data, and the image shift amount is calculated and converted into a defocus amount. In step S140, it is checked whether or not the focus is close, that is, whether or not the calculated absolute value of the defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the lens is not in focus, the process proceeds to step S150, the defocus amount is transmitted to the lens drive controller 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to the focus position. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   Even when focus detection is impossible, the process branches to this step, a scan drive command is transmitted to the lens drive control device 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to scan from infinity to the nearest. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

ステップS140で合焦近傍であると判定された場合はステップS160へ進み、シャッターボタン(不図示)の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップS110へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップS170へ進み、レンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(撮影者または自動により設定されたF値)にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子212に撮像動作を行わせ、撮像素子212の撮像画素および全ての焦点検出画素から画像データを読み出す。   If it is determined in step S140 that the focus is close, the process proceeds to step S160, and it is determined whether or not a shutter release has been performed by operating a shutter button (not shown). If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step S110 and the above-described operation is repeated. On the other hand, if it is determined that the shutter release has been performed, the process proceeds to step S170, where an aperture adjustment command is transmitted to the lens drive control unit 206, and the aperture value of the interchangeable lens 202 is set to the control F value (F set by the photographer or automatically). Value). When the aperture control is completed, the image sensor 212 is caused to perform an imaging operation, and image data is read from the imaging pixels of the image sensor 212 and all focus detection pixels.

ステップS180において、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素313,314の周囲の撮像画素310のデータに基づいて画素補間する。続くステップS190では、撮像画素310のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリカード219に記憶し、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   In step S180, pixel data of each pixel position in the focus detection pixel column is subjected to pixel interpolation based on data of the imaging pixels 310 around the focus detection pixels 313 and 314. In subsequent step S190, image data composed of the data of the imaging pixel 310 and the interpolated data is stored in the memory card 219, and the process returns to step S110 to repeat the above-described operation.

図17のステップS130における像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)の詳細について以下説明する。   Details of the image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process) in step S130 of FIG. 17 will be described below.

焦点検出画素313,314が検出する一対の像は、測距瞳93,94がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列(A1,・・・,A1、A2,・・・,A2:Mはデータ数)に対し本出願人の特許出願に基づく特開2007−333720号公報に開示された式(2)により相関演算を行い、相関量C(k)を算出する。
C(k)=Σ|A1・A2n+1+k−A2n+k・A1n+1| (2)
In the pair of images detected by the focus detection pixels 313 and 314, the distance measurement pupils 93 and 94 may be displaced by the aperture of the lens and the light amount balance may be lost. A type of correlation operation that can maintain the above is applied. Based on the patent application of the present applicant for a pair of data strings (A1 1 ,..., A1 M , A2 1 ,..., A2 M : M is the number of data) read out from the focus detection pixel string. Correlation calculation is performed according to the equation (2) disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-333720 to calculate the correlation amount C (k).
C (k) = Σ | A1 n · A2 n + 1 + k− A2 n + k · A1 n + 1 | (2)

式(2)において、Σ演算はnについて累積される。nのとる範囲は、像シフト量kに応じてA1、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像シフト量kは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。 In equation (2), the Σ operation is accumulated for n. The range taken by n is limited to a range in which data of A1 n , A1 n + 1 , A2 n + k , A2 n + 1 + k exists according to the image shift amount k. The image shift amount k is an integer and is a relative shift amount with the data interval of the data string as a unit.

式(2)の演算結果は、図18(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図18(a)ではk=k=2)において相関量C(k)が極小(小さいほど相関度が高い)になる。式(3)〜(6)による3点内挿の手法を用いて相関量を連続値とみなした場合の極小値C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=k+D/SLOP (3)
C(x)= C(k)−|D| (4)
D={C(k−1)−C(k+1)}/2 (5)
SLOP=MAX{C(k+1)−C(k),C(k−1)−C(k)} (6)
As shown in FIG. 18A, the calculation result of the expression (2) indicates that the correlation amount C (k) is obtained when the pair of data has a high correlation amount (k = k j = 2 in FIG. 18A). Minimal (the smaller the value, the higher the degree of correlation). A shift amount x that gives a minimum value C (x) when the correlation amount is regarded as a continuous value is obtained using the three-point interpolation method according to equations (3) to (6).
x = k j + D / SLOP (3)
C (x) = C (k j ) − | D | (4)
D = {C (k j −1) −C (k j +1)} / 2 (5)
SLOP = MAX {C (k j +1) −C (k j ), C (k j −1) −C (k j )} (6)

式(3)で算出されたシフト量xの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図18(b)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値C(x)の値が大きくなる。したがって、C(x)が所定の閾値以上の場合は算出されたシフト量xの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量xをキャンセルする。あるいは、C(x)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(x)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたシフト量xの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量xをキャンセルする。   Whether the shift amount x calculated by the equation (3) is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 18B, when the degree of correlation between a pair of data is low, the value of the minimum value C (x) of the interpolated correlation amount increases. Therefore, when C (x) is equal to or greater than a predetermined threshold, it is determined that the reliability of the calculated shift amount x is low, and the calculated shift amount x is canceled. Alternatively, in order to normalize C (x) with the contrast of data, when the value obtained by dividing C (x) by SLOP that is proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value, the reliability of the calculated shift amount x The calculated shift amount x is cancelled.

あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量xの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量xをキャンセルする。図18(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲kminからkmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、極小値C(x)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。算出されたシフト量xの信頼性があると判定された場合は、式(7)により像ズレ量shftに換算される。
shft=PY・x (7)
Alternatively, if SLOP that is proportional to the contrast is equal to or smaller than a predetermined value, it is determined that the subject has low contrast and the reliability of the calculated shift amount x is low, and the calculated shift amount x is canceled. . As shown in FIG. 18C , when the correlation between the pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C (k) between the shift range kmin and kmax , the minimum value C (x) is obtained. In such a case, it is determined that the focus cannot be detected. When it is determined that the calculated shift amount x is reliable, it is converted into the image shift amount shft by the equation (7).
shft = PY · x (7)

式(7)において、PYは焦点検出画素313,314の画素ピッチの2倍(検出ピッチ)である。式(7)で算出された像ズレ量に所定の変換係数Kdを乗じて式(8)に表されるようにデフォーカス量defへ変換する。
def=Kd・shft (8)
In Expression (7), PY is twice the pixel pitch (detection pitch) of the focus detection pixels 313 and 314. The image shift amount calculated by Expression (7) is multiplied by a predetermined conversion coefficient Kd to convert to the defocus amount def as expressed in Expression (8).
def = Kd · shft (8)

図19は、図7に示す撮像素子212において、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が近接する領域Dを拡大した図である。図17のステップS180における焦点検出画素位置に補間される画像データの算出方法の詳細について説明する。図19において、網掛けをした位置(本来はG画素とB画素が配置されるべき配列)に焦点検出画素が配列されている。各画素の添え字は左上のB画素を基点とした行と列を示す数字であり、符号R、G、Bは撮像画素310であって、各々、赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)である。   FIG. 19 is an enlarged view of a region D in which the horizontal and vertical focus detection pixel arrays are close to each other in the image sensor 212 shown in FIG. Details of a method of calculating image data interpolated at the focus detection pixel position in step S180 in FIG. 17 will be described. In FIG. 19, focus detection pixels are arranged at shaded positions (originally the arrangement where G pixels and B pixels should be arranged). The subscript of each pixel is a number indicating a row and a column with the B pixel at the upper left as a base point, and symbols R, G, and B are imaging pixels 310, which are a red pixel (R) and a green pixel (G), respectively. , Blue pixel (B).

図19において、赤画素と緑画素が交互に並ぶ列に挟まれた垂直方向の焦点検出画素配列の一部が、図19の中央部分に位置しているが、これに含まれる各画素位置に補間される撮像信号は、左右の水平方向に2画素隣に位置する撮像画素、すなわち緑画素または青画素の画素データを加算平均する。したがって、垂直方向の焦点検出画素配列において、第p行第q列の位置に補間される撮像信号をVpqとすると、加算平均に用いられる撮像画素が緑画素である場合は式(9)で表され、加算平均に用いられる撮像画素が青画素である場合は式(10)で表される。
pq={Gp(q−2)+Gp(q+2)}/2 (9)
pq={Bp(q−2)+Bp(q+2)}/2 (10)
In FIG. 19, a part of the vertical focus detection pixel array sandwiched between rows of alternately arranged red pixels and green pixels is located in the central portion of FIG. The interpolated imaging signal averages the pixel data of the imaging pixels located adjacent to two pixels in the left and right horizontal directions, that is, the pixel data of green pixels or blue pixels. Accordingly, in the vertical focus detection pixel array, assuming that the image pickup signal interpolated at the position of the p-th row and the q-th column is V pq , when the image pickup pixel used for the averaging is a green pixel, Expression (9) In the case where the imaging pixel used for the averaging is a blue pixel, it is expressed by Expression (10).
Vpq = { Gp (q-2) + Gp (q + 2) } / 2 (9)
Vpq = { Bp (q-2) + Bp (q + 2) } / 2 (10)

式(9)によれば、第2行第5列の位置の撮像信号V25の補間値は、G23とG27との加算平均として求められ、式(10)によれば、第3行第5列の位置の撮像信号V35との補間値は、B33とB37の加算平均として求められる。 According to the equation (9), the interpolation value of the imaging signal V 25 at the position of the second row and the fifth column is obtained as an average of G 23 and G 27. According to the equation (10), the third row The interpolated value with the imaging signal V 35 at the position in the fifth column is obtained as an average of B 33 and B 37 .

図19において、赤画素と緑画素が交互に並ぶ行に挟まれた水平方向の焦点検出画素配列の一部が、図19の左右両端に位置しているが、これに含まれる各画素位置に補間される撮像信号は、上下の垂直方向に2画素隣に位置する撮像画素、すなわち緑画素または青画素の画素データを加算平均する。したがって、水平方向の焦点検出画素配列において、第p行第q列の位置に補間される撮像信号をHpqとすると、加算平均に用いられる撮像画素が緑画素である場合は式(11)で表され、加算平均に用いられる撮像画素が青画素である場合は式(12)で表される。
pq={G(p−2)q+G(p+2)q}/2 (11)
pq={B(p−2)q+B(p+2)q}/2 (12)
In FIG. 19, a part of the horizontal focus detection pixel array sandwiched between rows in which red pixels and green pixels are alternately arranged is located at both the left and right ends of FIG. The interpolated imaging signal averages the pixel data of the imaging pixels located adjacent to two pixels in the vertical direction, that is, the pixel data of green pixels or blue pixels. Therefore, in the horizontal focus detection pixel array, assuming that the imaging signal to be interpolated at the position of the p-th row and the q-th column is H pq , when the imaging pixel used for the averaging is a green pixel, Expression (11) In the case where the image pickup pixel used for the addition average is a blue pixel, it is expressed by Expression (12).
Hpq = {G (p-2) q + G (p + 2) q } / 2 (11)
Hpq = {B (p-2) q + B (p + 2) q } / 2 (12)

式(11)によれば、第3行第8列の位置の撮像信号H38は、G18とG58との加算平均として求められ、式(12)によれば、第3行第9列の位置の撮像信号H39は、B19とB59との加算平均として求められる。 According to equation (11), the imaging signal H 38 of the position of the third row eighth column, determined as the arithmetic mean of G 18 and G 58, according to the equation (12), third row 9 column imaging signals H 39 position is determined as the arithmetic mean of B 19 and B 59.

長さの等しい水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を、完全には接しないよう、例えばB33およびG34のように、2つの撮像画素を挟んで離間している。したがって、第3行第5列の位置の撮像信号V35の補間値は、焦点検出画素配列に同色の撮像画素の中では最も近接した撮像画素の画素データであるB33とB37との加算平均として求められることから、画素補間処理の性能が向上する。 The horizontal and vertical focus detection pixel arrays having the same length are separated from each other with two image pickup pixels sandwiched therebetween, for example, B 33 and G 34 so as not to be in complete contact with each other. Therefore, the interpolated value of the imaging signal V 35 at the position of the third row and fifth column is the addition of B 33 and B 37 which are pixel data of the imaging pixels closest to the focus detection pixel array in the same color imaging pixels. Since it is obtained as an average, the performance of pixel interpolation processing is improved.

−−−第2の実施の形態−−−
図7に示す撮像素子212では、各画素に1つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素313a,314aおよび一対の焦点検出画素313b,314bを備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図20は、このような撮像素子212の部分拡大図であり、焦点検出画素311a、311bには一対の光電変換部を備える。
--- Second Embodiment ---
In the imaging device 212 illustrated in FIG. 7, an example in which each pixel includes a pair of focus detection pixels 313a and 314a and a pair of focus detection pixels 313b and 314b each having one photoelectric conversion unit is illustrated. A pair of photoelectric conversion units may be provided. FIG. 20 is a partially enlarged view of such an image sensor 212. The focus detection pixels 311a and 311b each include a pair of photoelectric conversion units.

図21に示す焦点検出画素311aは、図11(a)および(b)に示す焦点検出画素313と焦点検出画素314のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素311は、図21に示すようにマイクロレンズ10と一対の光電変換部13,14から構成される。焦点検出画素311には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター(不図示)の分光特性とを総合した分光特性(図12参照)となる。つまり、図10に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。なお、焦点検出画素311は、焦点検出画素311a,311bを総称している。   The focus detection pixel 311a illustrated in FIG. 21 performs a function corresponding to the pair of the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 illustrated in FIGS. The focus detection pixel 311 includes a microlens 10 and a pair of photoelectric conversion units 13 and 14 as shown in FIG. The focus detection pixel 311 is not provided with a color filter in order to increase the amount of light, and its spectral characteristic is a spectral that combines the spectral sensitivity of a photodiode that performs photoelectric conversion and the spectral characteristic of an infrared cut filter (not shown). Characteristics (see FIG. 12). That is, the spectral characteristics are obtained by adding the spectral characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel shown in FIG. 10, and in the light wavelength region showing high spectral sensitivity, the green pixel, red pixel, and blue pixel show high spectral sensitivity. It covers the optical wavelength region. The focus detection pixel 311 is a general term for the focus detection pixels 311a and 311b.

図22は、図21に示した焦点検出画素311の断面図であって、光電変換部13,14の上に近接して遮光マスク30が形成され、光線変換部13,14は、遮光マスク30の開口部30dを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上にNDフィルター34が形成される。NDフィルター34の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30dに制限された光電変換部13,14の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部13,14は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 22 is a cross-sectional view of the focus detection pixel 311 shown in FIG. 21, in which a light shielding mask 30 is formed in proximity to the photoelectric conversion units 13 and 14, and the light beam conversion units 13 and 14 are connected to the light shielding mask 30. The light that has passed through the opening 30d is received. A planarizing layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and an ND filter 34 is formed thereon. A planarizing layer 32 is formed on the ND filter 34, and the microlens 10 is formed thereon. The shape of the photoelectric conversion units 13 and 14 limited to the opening 30d by the microlens 10 is projected forward to form a pair of distance measuring pupils. The photoelectric conversion units 13 and 14 are formed on the semiconductor circuit substrate 29.

デジタルスチルカメラ201の撮像動作、並びにそれに伴う画素補間処理、像ズレ検出演算処理、および合焦動作については第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   Since the imaging operation of the digital still camera 201 and the accompanying pixel interpolation processing, image shift detection calculation processing, and focusing operation are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

−−−変形例−−−
本発明の第1の実施の形態においては、焦点検出画素配列の配置の態様である平織りパターンは、図4に示すような、長辺が互いに同一長である水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とを高密度に配置する態様とした。しかし、焦点検出画素配列の長辺の方向は、水平方向と垂直方向との組合せに限られない。長辺が互いに同一長である2方向の1組の焦点検出画素配列(上述した第1配列または第2配列)が互いに交差せず、かつ垂直関係を保ち、さらに第1配列と第2配列とが互いに点対称な位置関係を保って繰り返し配置されている他の態様であっても良い。あるいは、長辺が互いに同一長である2方向の1組の焦点検出画素配列の一方の側部から他方が垂直方向に延在し、その1組の焦点検出画素配列が互いに接している他の態様であっても良い。さらには、上述した第1配列または第2配列のいずれか一方が撮像面の前面に渡って繰り返し配置される他の態様であっても良い。そのうちのいくつかの態様について、以下に説明する。
---- Modified example ---
In the first embodiment of the present invention, the plain weave pattern, which is an aspect of the arrangement of the focus detection pixel array, is perpendicular to the horizontal focus detection pixel array whose long sides are the same length as shown in FIG. The direction focus detection pixel array is arranged at high density. However, the direction of the long side of the focus detection pixel array is not limited to the combination of the horizontal direction and the vertical direction. A pair of focus detection pixel arrays in the two directions whose long sides are the same length (the first array or the second array described above) do not cross each other and maintain a vertical relationship, and the first array and the second array May be another mode in which the positions are symmetrically arranged with respect to each other. Alternatively, another set of focus detection pixel arrays extending in the vertical direction from one side of a pair of focus detection pixel arrays in two directions whose long sides are the same length may be used. An aspect may be sufficient. Furthermore, another mode in which any one of the first array and the second array described above is repeatedly arranged over the front surface of the imaging surface may be employed. Some of these aspects are described below.

(1)図6においては、1組の焦点検出画素配列は、1列の焦点検出画素配列を単位列として水平方向および垂直方向に1列ずつ配置されている。これに対し、図23では、その単位列を平行な2列の焦点検出画素配列に置き換えて1組の焦点検出画素配列を構成することをもって、平織りパターンとしたものである。平行な2列の焦点検出画素配列の対応する焦点検出画素(上下または左右に隣接した焦点検出画素同士)を加算することにより、低輝度時の焦点検出画素出力レベルを増大させ、低輝度性能を向上させることができる。 (1) In FIG. 6, one set of focus detection pixel arrays is arranged in a row in the horizontal direction and in the vertical direction with one focus detection pixel array as a unit column. On the other hand, in FIG. 23, the unit row is replaced with two parallel focus detection pixel arrays to form a set of focus detection pixel arrays, thereby forming a plain weave pattern. By adding the corresponding focus detection pixels (top and bottom or left and right adjacent focus detection pixels) in the two parallel rows of focus detection pixel arrays, the focus detection pixel output level at low luminance is increased, and low luminance performance is improved. Can be improved.

(2)図6において、図5(c)にて着目した丸印を付した9つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の各々を、S〜Sで表した場合、それらの面積の和は上述したようにS=Lとなる。図24は、S=Lの関係を保ったまま、領域SおよびSの外形が矩形となるように、かつ、領域Sの外形が小さな正方形となるように、図6における焦点検出画素配列を移動したことにより形成される平織りパターンを示す。この平織りパターンにおいては、複数の水平方向の焦点検出画素配列が、水平方向について等間隔に、かつ複数の垂直方向の焦点検出画素配列を挟んで配置される。さらに、複数の垂直方向の焦点検出画素配列が、垂直方向について等間隔に、かつ複数の水平方向の焦点検出画素配列を挟んで配置される。複数の水平方向の焦点検出画素配列に含まれる一の焦点検出画素配列とその一方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素配列との距離が、その焦点検出画素配列と他方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素配列との距離と異なる。以下において、図24について具体的に説明する。 (2) In FIG. 6, each of a plurality of filled areas formed by being surrounded by the nine focus detection pixel arrays marked with the circles noted in FIG. 5C is represented by S 1 to S 4 . In this case, the sum of the areas is S = L 2 as described above. FIG. 24 shows focus detection in FIG. 6 so that the outer shapes of the regions S 1 and S 4 are rectangular and the outer shape of the region S 2 is a small square while maintaining the relationship of S = L 2 . A plain weave pattern formed by moving the pixel array is shown. In this plain weave pattern, a plurality of horizontal focus detection pixel arrays are arranged at equal intervals in the horizontal direction and sandwich a plurality of vertical focus detection pixel arrays. Furthermore, a plurality of vertical focus detection pixel arrays are arranged at equal intervals in the vertical direction and sandwiching the plurality of horizontal focus detection pixel arrays. The distance between one focus detection pixel array included in a plurality of horizontal focus detection pixel arrays and the focus detection pixel array arranged in parallel adjacent to one side thereof is the focus detection pixel array and the other side. Is different from the distance from the focus detection pixel array that is arranged adjacent to and in parallel. Hereinafter, FIG. 24 will be described in detail.

図24において、領域SおよびSと領域SおよびSとの間に挟まれた焦点検出画素列とその上側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離は、領域SおよびSと領域SおよびSとの間に挟まれた焦点検出画素列とその下側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離よりも小さい。同様に、領域SおよびSと領域SおよびSとの間に挟まれた焦点検出画素列とその右側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離は、領域SおよびSと領域SおよびSとの間に挟まれた焦点検出画素列とその左側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離よりも小さい。これにより生ずる焦点検出画素配列が密になった領域Sを既定の独立した焦点検出エリアとして使用することにより、焦点検出エリアでの焦点検出性能(被写体捕捉性能)が向上する。 In FIG. 24, the distance between the focus detection pixel column sandwiched between the regions S 1 and S 2 and the regions S 3 and S 4 and the focus detection pixel column arranged in parallel adjacent to the upper side is as follows. Smaller than the distance between the focus detection pixel row sandwiched between the regions S 1 and S 2 and the regions S 3 and S 4 and the focus detection pixel row arranged in parallel adjacent to the lower side thereof. . Similarly, the distance between the focus detection pixel column sandwiched between the regions S 1 and S 3 and the regions S 2 and S 4 and the focus detection pixel column arranged in parallel adjacent to the right side thereof is The distance is smaller than the distance between the focus detection pixel column sandwiched between the regions S 1 and S 3 and the regions S 2 and S 4 and the focus detection pixel column arranged in parallel adjacent to the left side thereof. By using the area S 2 of the focus detection pixel array becomes dense arising as a default separate focus detection area, the focus detection performance (subject acquisition performance) of the focus detection area is increased.

(3)図6においては、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が均等かつ最も高密度に配置されているが、図5(b)に示すようにその均等性をやや緩和した態様も可能である。図25は、図5(b)に示す態様と同様の態様を示しており、高密度性は維持したまま、領域SおよびSの外形を合同な矩形、領域SおよびSの外形を大きさの異なる正方形とすることにより形成される平織りパターンを示す。これにより生ずる焦点検出画素配列が密になった領域Sを既定の独立した焦点検出エリアとして使用することにより、焦点検出エリアでの焦点検出性能(被写体捕捉性能)が向上する。 (3) In FIG. 6, the horizontal and vertical focus detection pixel arrays are arranged equally and with the highest density. However, as shown in FIG. 5B, a mode in which the uniformity is slightly relaxed is also possible. It is. Figure 25 shows a similar manner to the embodiment shown in FIG. 5 (b), while the maintaining density of the rectangular congruent to the outer shape of the region S 1 and S 4, the outer shape of the region S 2 and S 3 A plain weave pattern formed by forming squares of different sizes. By using the area S 2 of the focus detection pixel array becomes dense arising as a default separate focus detection area, the focus detection performance (subject acquisition performance) of the focus detection area is increased.

(4)焦点検出画素配列の配列方向は図4に示すような垂直方向と水平方向の組合せだけでなく斜め右上がり45度方向と斜め左上がり45度方向の組合せであってもよい。被写体のエッジは水平方向または垂直方向であることが多いため、そのエッジの撮像位置が焦点検出画素配列の位置と一致した場合、画素補間によってエッジの画素出力レベル差が低下する可能性がある。本変形例はこのような場合に有効である。 (4) The arrangement direction of the focus detection pixel arrangement may be not only a combination of the vertical direction and the horizontal direction as shown in FIG. 4 but also a combination of a diagonally upward 45 degree direction and a diagonally upward 45 degree direction. Since the edge of the subject is often in the horizontal direction or the vertical direction, if the imaging position of the edge coincides with the position of the focus detection pixel array, the pixel output level difference of the edge may be reduced by pixel interpolation. This modification is effective in such a case.

図26は、撮像素子212の撮像面において斜め右上がり45度方向と斜め左上がり45度方向の組合せで焦点検出画素配列を配置した図である。図26では、長辺の長さMの焦点検出画素配列が斜め右上がり45度方向の棒状領域353と斜め左上がり45度方向の棒状領域354として示されており、それら無数の棒上領域353、354が平織りパターンに従って矩形の撮像面に配置されている。これにより、長辺が互いに同一長の水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とを均等かつ稠密な態様であって、配列同士が互いに交差しない条件の下で、配置される焦点検出画素配列の長さを可能な限り長くすることが可能になる。   FIG. 26 is a diagram in which focus detection pixel arrays are arranged in a combination of an obliquely upward 45 degree direction and an obliquely upward 45 degree direction on the imaging surface of the imaging element 212. In FIG. 26, the focus detection pixel array having a long side length M is shown as a bar-like region 353 having a diagonally upward 45 ° direction and a bar-like region 354 having a diagonally upward 45 ° direction. 354 are arranged on a rectangular imaging surface according to a plain weave pattern. As a result, the horizontal focus detection pixel array and the vertical focus detection pixel array having the same long side are arranged in an even and dense manner under the condition that the arrays do not cross each other. The length of the focus detection pixel array can be made as long as possible.

図27は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、図26における部分Cの近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素310は赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する斜め右上がり45度方向焦点検出用の焦点検出画素313c、314cが交互に、および斜め左上がり45度方向焦点検出用の焦点検出画素313d、314dが交互に、各々本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め45度方向の直線上に連続して配列される。ベイヤー配列に従うと緑画素が多く配置されるので、赤画素および青画素のいずれかよりも緑画素が焦点検出画素に置き換わることの方が、画素補間処理への影響が少ないので好ましい。   FIG. 27 is a front view showing a detailed configuration of the image sensor 212, and shows the details of the pixel arrangement by enlarging the vicinity of the portion C in FIG. Imaging pixels 310 are densely arranged on the imaging element 212 in a two-dimensional square lattice pattern. The imaging pixel 310 includes a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B), and is arranged according to a Bayer arrangement rule. For focus detection, focus detection pixels 313c, 314c for 45 ° direction focus detection, which have the same pixel size as the imaging pixels, alternately and focus detection pixels 313d for 45 ° direction focus detection, diagonally left upward, 314d are alternately arranged continuously on a straight line in the direction of 45 degrees obliquely where the green pixels should be continuously arranged. Since many green pixels are arranged according to the Bayer arrangement, it is preferable to replace the green pixel with the focus detection pixel rather than either the red pixel or the blue pixel because the influence on the pixel interpolation process is small.

2つの焦点検出画素配列が近接する領域では、一方の焦点検出画素配列(図27では左上がり斜め45度方向の焦点検出画素配列)の終端画素が配置され、他方の焦点検出画素配列との間に撮像画素(緑画素)が配置されている。これにより、2つの焦点検出画素配列が近接する領域における上述した画素補間処理の性能が向上する。   In a region where the two focus detection pixel arrays are close to each other, a terminal pixel of one focus detection pixel array (a focus detection pixel array in the 45 ° upward and leftward direction in FIG. 27) is arranged, and between the other focus detection pixel arrays An image pickup pixel (green pixel) is arranged in FIG. This improves the performance of the pixel interpolation process described above in the region where the two focus detection pixel arrays are close to each other.

上述した実施形態における撮像素子212では撮像画素310がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。   In the imaging device 212 in the above-described embodiment, the imaging pixel 310 includes the Bayer color filter, but the configuration and arrangement of the color filter are not limited to this, and the complementary color filter (green: G, The present invention can also be applied to arrays other than yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) and Bayer arrays.

また、上述した実施形態における焦点検出画素311,313,314では、遮光マスク30の開口形状を矩形にした例を示したが、遮光マスク30の開口形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよく、例えば半円形や楕円や多角形にすることも可能である。   In the focus detection pixels 311, 313, and 314 in the above-described embodiment, an example in which the opening shape of the light shielding mask 30 is rectangular has been described, but the opening shape of the light shielding mask 30 is not limited to these, and other shapes are used. For example, it may be a semicircle, an ellipse or a polygon.

なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。   Note that the imaging apparatus is not limited to a digital still camera or a film still camera in which an interchangeable lens is mounted on the camera body as described above. For example, the present invention can be applied to a lens-integrated digital still camera, film still camera, or video camera. Furthermore, the present invention can be applied to a small camera module built in a mobile phone, a surveillance camera, a visual recognition device for a robot, an in-vehicle camera, and the like.

9、10 マイクロレンズ 11、13、14 光電変換部
29 半導体回路基板 30 遮光マスク
31、32 平坦化層 34 NDフィルター
38 色フィルター 71 撮影光束
73、74 焦点検出用光束 83、84 光線
90 射出瞳 91 交換レンズの光軸
93、94 測距瞳 95 測距瞳に略外接する領域
110 撮像面 111 焦点検出画素
112 マイクロレンズ 113、114 光電変換部
120 測距瞳面 123、124 測距瞳
133、134 測距瞳分布 135 重畳部
201 デジタルスチルカメラ 202 交換レンズ
203 カメラボディ 204 マウント部
206 レンズ駆動制御装置 208 ズーミング用レンズ
209 レンズ 210 フォーカシング用レンズ
211 絞り 212 撮像素子
213 電気接点 214 ボディ駆動制御装置
215 液晶表示素子駆動回路 216 液晶表示素子
217 接眼レンズ 219 メモリカード
310 撮像画素 311、313、314 焦点検出画素
351、352、353、354 焦点検出画素配列

9, 10 Microlenses 11, 13, 14 Photoelectric conversion unit 29 Semiconductor circuit board 30 Light shielding mask 31, 32 Flattening layer 34 ND filter 38 Color filter 71 Imaging light beam 73, 74 Focus detection light beam 83, 84 Light beam 90 Exit pupil 91 Optical axis 93, 94 of the interchangeable lens 93 Distance pupil 95 Area 110 substantially circumscribing the distance pupil 110 Imaging surface 111 Focus detection pixel 112 Micro lens 113, 114 Photoelectric conversion unit 120 Distance pupil surface 123, 124 Distance pupil 133, 134 Distance pupil distribution 135 Superimposing portion 201 Digital still camera 202 Interchangeable lens 203 Camera body 204 Mount portion 206 Lens drive control device 208 Zooming lens 209 Lens 210 Focusing lens 211 Aperture 212 Imaging element 213 Electrical contact 214 Body drive control device 215 Liquid Crystal display element driving circuit 216 Liquid crystal display element 217 Eyepiece 219 Memory card 310 Imaging pixel 311, 313, 314 Focus detection pixel 351, 352, 353, 354 Focus detection pixel array

Claims (16)

光学系により射出され、光学像を形成する撮像用光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、
前記光学系を通る一対の焦点検出用光束を受光し、瞳分割型位相差検出方式により前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、 前記複数の撮像画素と前記複数の焦点検出画素とによって形成される撮像面とを備え、
前記複数の焦点検出画素は、複数の焦点検出画素列を構成し、
前記複数の焦点検出画素列は、前記撮像面の略全面に渡って平織りパターンに従って配列され、
前記複数の撮像画素は、前記複数の焦点検出画素が配置される画素位置を除き前記撮像面の略全面に渡って配置されることを特徴とする撮像素子。
A plurality of imaging pixels that receive an imaging light beam emitted by an optical system and form an optical image and output an image signal;
A plurality of focus detection pixels which receive a pair of focus detection light beams passing through the optical system and output a focus detection signal for detecting a focus adjustment state of the optical system by a pupil division type phase difference detection method; An imaging surface formed by the imaging pixels and the plurality of focus detection pixels,
The plurality of focus detection pixels constitute a plurality of focus detection pixel rows,
The plurality of focus detection pixel rows are arranged according to a plain weave pattern over substantially the entire imaging surface,
The imaging device, wherein the plurality of imaging pixels are arranged over substantially the entire imaging surface except for a pixel position where the plurality of focus detection pixels are arranged.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列は、一方向に延在した第1の焦点検出画素列と、前記第1の焦点検出画素列の一方の側部から垂直方向に延在した第2の焦点検出画素列とから構成される繰返し配列単位を含み、
前記平織りパターンは、前記繰返し配列単位が接すること無く繰り返し配置されることにより形成されることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The plurality of focus detection pixel rows include a first focus detection pixel row extending in one direction and a second focus detection pixel extending in a vertical direction from one side of the first focus detection pixel row. A repeating array unit composed of columns and
The image pickup device according to claim 1, wherein the plain weave pattern is formed by repeatedly arranging the repeating arrangement unit without contacting.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列は、一方向に延在した第1の焦点検出画素列と、前記第1の焦点検出画素列の一方の側部から垂直方向に延在した第2の焦点検出画素列とから構成される第1配列と、前記第1及び第2の焦点検出画素列に交差しないように、前記第1及び第2の焦点検出画素列に対して点対称な位置に配置された第3及び第4の焦点検出画素列から構成される第2配列とを含み、
前記平織りパターンは、前記第1配列と前記第2配列とにより構成される繰返し配列単位が繰り返し配置されることにより形成されることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The plurality of focus detection pixel rows include a first focus detection pixel row extending in one direction and a second focus detection pixel extending in a vertical direction from one side of the first focus detection pixel row. Arranged in a point-symmetric position with respect to the first and second focus detection pixel columns so as not to intersect the first and second focus detection pixel columns. A second array composed of third and fourth focus detection pixel rows,
The image pickup device according to claim 1, wherein the plain weave pattern is formed by repeatedly arranging a repeating array unit including the first array and the second array.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記撮像面の形状は矩形であり、
前記複数の焦点検出画素列の各々の長さは等しく、
前記複数の焦点検出画素列は、複数の第1の焦点検出画素列と複数の第2の焦点検出画素列とを含み、
前記複数の第1の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記複数の第2の焦点検出画素列の画素配列方向に対して垂直であり、
前記複数の第1の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記矩形の1辺の方向と同一であることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The imaging surface has a rectangular shape,
Each of the plurality of focus detection pixel rows has an equal length,
The plurality of focus detection pixel columns include a plurality of first focus detection pixel columns and a plurality of second focus detection pixel columns,
The pixel array direction of the plurality of first focus detection pixel columns is perpendicular to the pixel array direction of the plurality of second focus detection pixel columns,
The image sensor according to claim 1, wherein a pixel arrangement direction of the plurality of first focus detection pixel columns is the same as a direction of one side of the rectangle.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記平織りパターンは、前記複数の第1の焦点検出画素列が、前記複数の第1の焦点検出画素列の画素配列方向について等間隔に、かつ前記複数の第2の焦点検出画素列を挟んで配置され、
さらに前記平織りパターンは、前記複数の第2の焦点検出画素列が、前記複数の第2の焦点検出画素列の画素配列方向について等間隔に、かつ前記複数の第1の焦点検出画素列を挟んで配置されることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 4,
In the plain weave pattern, the plurality of first focus detection pixel columns are arranged at equal intervals in the pixel arrangement direction of the plurality of first focus detection pixel columns and sandwich the plurality of second focus detection pixel columns. Arranged,
Further, in the plain weave pattern, the plurality of second focus detection pixel rows are arranged at equal intervals in the pixel arrangement direction of the plurality of second focus detection pixel rows and sandwich the plurality of first focus detection pixel rows. An image pickup device characterized by being arranged as described above.
請求項5に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列は、前記複数の第1の焦点検出画素列に含まれる互いに極隣接した平行な一対の第1の焦点検出画素列と、前記複数の第2の焦点検出画素列に含まれる互いに極隣接して平行な一対の第2の焦点検出画素列とを含むことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 5,
The plurality of focus detection pixel columns include a pair of parallel first focus detection pixel columns included in the plurality of first focus detection pixel columns and a plurality of second focus detection pixel columns. An image pickup device comprising: a pair of second focus detection pixel rows that are included and are adjacent to and parallel to each other.
請求項5に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列に含まれる一の焦点検出画素列と前記一の焦点検出画素列の一方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との距離が、前記一の焦点検出画素列と前記一の焦点検出画素列の他方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との距離と異なることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 5,
The distance between one focus detection pixel row included in the plurality of focus detection pixel rows and the focus detection pixel row arranged in parallel adjacent to one side of the one focus detection pixel row is the one focus. An imaging device, wherein the distance between a detection pixel column and a focus detection pixel column arranged in parallel adjacent to the other side of the one focus detection pixel column is different.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記平織りパターンは、前記複数の第1の焦点検出画素列のうちの1つの第1の焦点検出画素列と、前記複数の第2の焦点検出画素列のうち、前記1つの第1の焦点検出画素列に対して最も近接して垂直な1つの第2の焦点検出画素列とによって構成される少なくとも2つの焦点検出画素列を単位画素列として、前記単位画素列が前記撮像面上で均等に繰り返されることによって大きさの異なる2種類の正方形が形成されるように、前記複数の第1の焦点検出画素列と前記複数の第2の焦点検出画素列とが配置される態様であることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 4,
The plain weave pattern includes the first focus detection pixel row in one of the plurality of first focus detection pixel rows and the one first focus detection in the plurality of second focus detection pixel rows. At least two focus detection pixel columns constituted by one second focus detection pixel column that is closest and perpendicular to the pixel column are defined as unit pixel columns, and the unit pixel columns are evenly arranged on the imaging surface. The plurality of first focus detection pixel rows and the plurality of second focus detection pixel rows are arranged so that two types of squares having different sizes are formed by being repeated. An imaging device as a feature.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記撮像面の形状は矩形であり、
前記複数の焦点検出画素列の各々の長さは等しく、
前記複数の焦点検出画素列は、複数の第1の焦点検出画素列と複数の第2の焦点検出画素列とを含み、
前記複数の第1の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記複数の第2の焦点検出画素列の画素配列方向に対して垂直であり、
前記複数の第1の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記矩形の1辺と45度をなす方向と同一であることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The imaging surface has a rectangular shape,
Each of the plurality of focus detection pixel rows has an equal length,
The plurality of focus detection pixel columns include a plurality of first focus detection pixel columns and a plurality of second focus detection pixel columns,
The pixel array direction of the plurality of first focus detection pixel columns is perpendicular to the pixel array direction of the plurality of second focus detection pixel columns,
The image pickup device according to claim 1, wherein a pixel arrangement direction of the plurality of first focus detection pixel columns is the same as a direction that forms 45 degrees with one side of the rectangle.
請求項4〜8のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記第1の焦点検出画素列と前記第2の焦点検出画素列とは、前記複数の撮像画素を挟んで配置されることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 4 to 8,
The imaging element, wherein the first focus detection pixel array and the second focus detection pixel array are arranged with the plurality of imaging pixels interposed therebetween.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記複数の撮像画素は、正方格子状に配列されることを特徴とする撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 10,
The imaging device, wherein the plurality of imaging pixels are arranged in a square lattice pattern.
請求項11に記載の撮像素子において、
前記複数の撮像画素は、赤画素、緑画素、および青画素を含み、
前記正方格子状の配列は、前記赤画素、前記緑画素、および前記青画素によって形成されるベイヤー配列であることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 11,
The plurality of imaging pixels include a red pixel, a green pixel, and a blue pixel,
2. The imaging device according to claim 1, wherein the square lattice array is a Bayer array formed by the red pixels, the green pixels, and the blue pixels.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと該マイクロレンズに対応して設けられた光電変換部とを有し、
前記複数の焦点検出画素は、前記一対の焦点検出用光束のうちの一方を受光する第1の焦点検出画素と、前記一対の焦点検出用光束のうちの他方を受光する第2の焦点検出画素とを含み、
前記複数の焦点検出画素列の各々には、前記第1の焦点検出画素と前記第2の焦点検出画素とが交互に配列されていることを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 9,
Each of the plurality of focus detection pixels includes a microlens and a photoelectric conversion unit provided corresponding to the microlens,
The plurality of focus detection pixels include a first focus detection pixel that receives one of the pair of focus detection light beams and a second focus detection pixel that receives the other of the pair of focus detection light beams. Including
The imaging element, wherein the first focus detection pixels and the second focus detection pixels are alternately arranged in each of the plurality of focus detection pixel rows.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと該マイクロレンズに対応して設けられた第1の光電変換部および第2の光電変換部とを有し、
前記第1の光電変換部は、前記一対の焦点検出用光束のうちの一方を受光し、前記第2の光電変換部は、前記一対の焦点検出用光束のうちの他方を受光することを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 9,
Each of the plurality of focus detection pixels includes a microlens and a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit provided corresponding to the microlens,
The first photoelectric conversion unit receives one of the pair of focus detection light beams, and the second photoelectric conversion unit receives the other of the pair of focus detection light beams. An image sensor.
光学系と、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から得られる前記画像信号に基づき画像データを生成する生成手段と、
前記光学系の焦点調節状態を、前記撮像素子から得られる前記焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
Optical system,
The image sensor according to any one of claims 1 to 14,
Generating means for generating image data based on the image signal obtained from the image sensor;
An imaging apparatus comprising: a focus detection unit configured to detect a focus adjustment state of the optical system based on the focus detection signal obtained from the image sensor.
光学系と、
請求項10に記載の撮像素子と、
前記複数の焦点検出画素が配置される画素位置における補間信号を、前記画素位置の近傍の前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号に基づいて補間する補間手段と、
前記撮像素子から得られる前記画像信号と、前記補間手段によって補間される前記画素位置における前記補間信号とに基づき画像データを生成する生成手段と、
前記光学系の焦点調節状態を、前記撮像素子から得られる前記焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備え、
前記画素位置の近傍の前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号には、前記第1の焦点検出画素列と前記第2の焦点検出画素列とに挟まれて配置された前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号が含まれることを特徴とする撮像装置。
Optical system,
The image sensor according to claim 10,
Interpolation means for interpolating an interpolation signal at a pixel position where the plurality of focus detection pixels are arranged based on the image signal output from the plurality of imaging pixels in the vicinity of the pixel position;
Generating means for generating image data based on the image signal obtained from the image sensor and the interpolation signal at the pixel position to be interpolated by the interpolation means;
A focus detection unit that detects a focus adjustment state of the optical system based on the focus detection signal obtained from the image sensor;
The plurality of imaging pixels arranged between the first focus detection pixel column and the second focus detection pixel column in the image signal output from the plurality of imaging pixels in the vicinity of the pixel position An image pickup apparatus characterized in that the image signal output from is included.
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JPH0250115A (en) * 1988-08-11 1990-02-20 Minolta Camera Co Ltd Optical device for focus detection
JP3118849B2 (en) * 1991-03-06 2000-12-18 株式会社ニコン Focus detection device
JP3240648B2 (en) * 1991-11-01 2001-12-17 キヤノン株式会社 Focus detection device
JP3179162B2 (en) * 1992-01-21 2001-06-25 オリンパス光学工業株式会社 Focus detection device
JPH07301746A (en) * 1994-05-02 1995-11-14 Asahi Optical Co Ltd Focus detecting device
JPH08247758A (en) * 1994-12-28 1996-09-27 Fuji Film Micro Device Kk Range-finding device
JP4228575B2 (en) * 2001-01-19 2009-02-25 株式会社ニコン Focus detection device
JP4810023B2 (en) * 2001-09-04 2011-11-09 キヤノン株式会社 Focus detection apparatus and optical instrument
JP4567712B2 (en) * 2007-07-30 2010-10-20 オリンパス株式会社 Imaging device
JP5194688B2 (en) * 2007-10-01 2013-05-08 株式会社ニコン Solid-state imaging device

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